脸有什么用吗？

在我们的社会中，“脸”险些是人与人之间相互识其余*标签。

但除此之外，“脸”在我们生涯中还肩负着一些其他意义：好比刷脸支付，脸会是我们确认支付的允许；好比门禁识别，脸是我们在许多地方流通无阻的保证。

甚至许多时刻我们会生气地诘责别人，你要脸吗？这个这个时刻，脸还会包罗尊严、道德、责任等许多无形的价值看法。

显而易见，脸险些是作为的人最主要的特征。以至于当元宇宙热潮来临，人们需要从一个天下进入一个天下时，要做的*件事，也是给自己捏一张“脸”。

但一个有意思的征象是，在人形机械人蓬勃生长的当下，这个致力于模拟人类形象的事物，却险些从来没有被认真讨论过它的脸应该长成什么样。

人形机械人不需要脸吗？照样说当前的手艺条件，这个话题还不应该被讨论？若是一定要给机械人一张脸的话，这张脸又应该怎么做？

机械人不要“脸”

人才要“脸”

人形机械人要不要脸，谜底是显而易见的。

回首影象中那些令人印象深刻的机械人，无论是《变形金刚》里的大黄蜂、擎天柱，照样鸟山明笔下的阿拉蕾，亦或是独自在地球上捡垃圾的瓦力，险些都有一张生动而鲜明的脸。

但最早的时刻，人形机械人要“脸”这件事情是被忽略的。

波士顿动力前CEO Marc Raibert早期就以为，人形机械人“功效就是一切”，“能力、灵巧、感知和智力才是机械人的要害功效，其它的都不主要”。

以是在2024年电动版Atlas宣布之前，波士顿动力的机械人险些都没有显著的脸部特征。

Marc Raibert转变理念是在2021年，波士顿动力液压版Atlas的一则互动视频“Do You Love Me”在网上出圈。这让Marc Raibert意识到，形态的美感可以对机械人的仿生动作带来加成效果，而脸部是形态美最主要的一个特征。

同样是在2021年，这一理念被另一家机械人公司所印证。

这一年，英国机械人制造商Engineered Arts宣布了一款名叫Ameca的人形机械人而且迅速出圈，缘故原由就是由于Ameca拥有真切的面部神色。

与Marc Raibert差异，Ameca的缔造者Will Jackson以为：“人脸是我们拥有的具有最高带宽的通讯工具”，一个神色所能转达的信息要远多于声音和肢体。

而Ameca的出圈，也侧面证实晰民众实在更喜欢一个神色厚实、有温度、会表达情绪的同伴，而不是一个空有气力的铁疙瘩。

2009年的一部科幻影戏《Moon》也在讲述一个同样的故事。

影戏中，男主Sam Bell经常向他的机械人事情同伴Gerty倾吐心声，Gerty总能一边回覆一边给出动画神色来对Sam的遭遇示意同情。

Gerty的本质是一串盘算机符号，而这张脸将冰凉的数学运算幻化抽象为夷易近人的神色，不仅在言语上抚慰了Sam，更是通过视觉交流拉近了人机关系。

显而易见，与机械人相比，人类实在更需要机械人拥有一张脸。只是若何去实现这张脸，现在行业里还没有一个统一的谜底。

现在，主流机械人公司在设计面部时主要接纳两种战略：

一种是基于整体文化共识，选择中立和抽象的图像，通过符号化的情绪转达来知足人类对情绪表达的基本需求，以捕捉和转达情绪的本质。

另一种则是追求*的真切度，起劲再现人类面部的细节，试图通过靠近现实的人类面目来实现更深条理的情绪共识和互动。

但这两种方案的落地，却都面临许多挑战。

人形机械人，让脸谱符号化

现实中，一款及格的人形机械人，头部需要具备耐用性、抗袭击能力，以顺应多样化的操作环境和义务。

因此，包罗特斯拉的擎天柱、Figure01、波士顿动力的Atlas等人形机械人在内，其头部使用的基本是金属合金和高强度塑料。

而在这样一个“硬邦邦”的头部，安装一张灵动、神色自然的脸并不容易。

以是当前主流的人形机械人并没有劈面部神色做细腻的研究设计，而是接纳类似Gerty这种抽象的“动画脸”或“卡通脸”。事实这样的脸庞险些能被所有种族的人接受，而且更容易构建。

▲图：主流人形机械人面部设计 产业象限制图

「产业象限」梳理了现在几家主流的人形机械人的脸部形象，可以看到它们面部清一色地使用“头盔式”的“玻璃面罩”，面罩里内置摄像头或使用LED灯带镶边。

好比，仔细考察智元机械人，会发现它在操作矿泉水瓶的时刻，神色是微笑的：

宇树新近宣布的最新一代人形机械人直接使用凹陷的屏幕面部设计，其顶部设置有摄像头等组件，围绕脸部的蓝色弧光像是一种微笑。

Figure 01机械人借助搭建OpenAI的能力构建大脑，以是它的面部也带有显著的OpenAI特色，即它每一次和人类交流，面部都市泛起ChatGPT特有的“思索”符号。

波士顿动力的电动版Atlas接纳光圈设计，这种设计参考了皮克斯影戏开头的台灯，其内部设置了三个摄像头。

波士顿首创人Marc Raibert在设计Atlas的头部时，并不希望它有类似人类的面貌，由于这会触发“恐怖谷”效应，可能有点反乌托邦。

Marc Raibert以为对于一小我私人形机械人来说，只要能保持与人类基本的交流即可。但这种圆环的设计，虽然没有五官，却总以为这张“脸”自带情愫。

特斯拉的擎天柱现在已进化到第二代，但面部依旧一片漆黑，马斯克鲜少提及擎天柱面部的设计逻辑。

清一色的“黑面骑士”背后也有配合的光学和美学逻辑。

青岛地铁产业投资基金扩容

玄色被视为现代、精练和高科技的象征，民众易于接受的同时，也不乏科技感和未来感。现在包罗苹果、特斯拉在内的科技公司，都偏心在宣布会上使用“高级黑”作为底色。

较暗的面罩则有利于突出机械人的眼睛和其它面部特征，让信息在差异条件和差异角度中都能被清晰辨识。此外，玄色面罩还可以有用遮掩和珍爱面部的种种传感器和显示屏，防止外界光线的滋扰。

但这般高科技感的“钢铁美学”，显然无法在与人类互动时，充实知足情绪交流的需求，冰凉的机械感，令人形机械人损失了“人形”应该具有的一点柔性和“人性”。

以是一直以来，企业和科学家也仍然在为做一张无限迫近人类的的机械人脸而起劲。

机械人，也可以“画皮”？

抽象派为了文化共性，曾实验在机械人上接纳经由修饰的动物脸或卡通脸，但它们无法通抨击杂的情绪细节，限制了机械人在诸如医疗、教育领域等情绪交流高需求的场景下的应用。

以是追求和真人一比一还原的“真切脸”就成为一个不得不生长的手艺蹊径。

“真切脸”有两个阵营，一种是依赖机械学习做神色控制的“自主机械人”，另一种是依赖操作员远程操作的“远程控制机械人”。它们的焦点差异，是交互的“自主性”泉源于机械照样人类。

2005年11月，天下上*个具有神色的人脸行走双足机械人Albert HUBO亮相。一年之后，*个被授予沙特阿拉伯公民身份的机械人Sophia降生，它能够模拟62种面部神色。其原型融合了古埃及女王娜芙蒂蒂、奥黛丽赫本和这家机械人首创人David Hanson的妻子阿曼达·汉森。

这两款神色机械人都隶属于统一家名叫Hanson Robotics的公司。其头部使用的都是“Fubber”质料，它是具有高弹性和柔韧性的橡胶质料，可以发生皱纹与折痕，贴近皮肤，他们也险些是最早一批有真切脸的“自主机械人”。

Albert HUBO使用庞大的控制算法来实现面部神色和肢体运动的协调。其控制系统能够自主治理基本动作和神色，但需要人类预先编程和设定参数。

Sophia具备一定的学习能力，使用自然语言处置、盘算机视觉和机械学习算法来明白和回应人类对话，可以通过与人类的互动不停改善其反映和行为，她的“大脑”运行在Hanson Robotics基于云的人工智能 (AI) ——MindCloud上。

前面曾提到的Engineered Arts也醉心于做真切的人形机械人脸。

旗下最着名的机械人是Ameca使用庞大的传感器和伺服电机，通过连系盘算机视觉和自然语言处置，能够明白和回应用户的指令和情绪。

据称，Ameca的面部使用的是Engineered Arts开发的一种专有质料，具有高度的弹性和柔韧性，以支持庞大的面部神色和自然的运动。

在中国，EX团体善于做机械人面部神色，其曾推出还原鲁迅形象的人形机械人人。

EX团体首创人李博阳曾在接受采访时提到，大多数人形机械人公司都更关注机械人的双足这类“腰部以下”的位置，腰部以下主要在于处置好平衡控制的问题，而腰部以上更多与AI所连系的智能决议等相关。EX团体“主要结构腰部以上的偏向，焦点产物是仿生人形机械人”，“

岂论是Albert HUBO、Sophia照样Ameca，他们探索的自主学习机械人的脸都异常详细，根据如爱因斯坦这样的名人或融合真人脸庞缔造一张新脸，但这些机械人的硬件都是专有的，Hanson Robotics和Engineered Arts之外的组织的研究职员无法使用这些类人机械人举行自己的研究，他们不得不重新构建新的真切的类人机械人作为研究工具。

为领会决这类问题，研究职员实验做了一款开源机械人Eva，通过Eva的相关研究，类人机械人面部神色的天生历程也浮现在民众眼前。

Eva由四个部门组成：面罩驱念头构、下颌、眼睛和颈部，其中，面罩驱念头构主导着Eva的面部神色天生。

Eva的神色天生主要由两部门主导——先是由伺服电机驱动面罩上的神色单元，再由面罩上的钢丝将驱动力传导给硅胶面罩，从而形成Eva的神色。

▲图：Eva，Expressive humanoid robot face

如图中所示，面罩驱念头构的组成部门有12个MG90S伺服电机、一个定制硅胶面罩、一个支持面罩的3D打印头骨和钢丝。

每根钢丝的一端毗邻响应伺服电机的伺服喇叭，另一端毗邻面罩上的某个点，钢丝毗邻的点基本在面罩左右两侧出现对称，确保Eva做出头部神色时，面罩两侧都市被驱动。

钢丝主要通过布条和粘合剂附在硅胶面罩内外面，硅胶面罩由Smooth-On EcoFlex 00-30制成，这种质料与人体皮肤的质料特征异常相似。

凭证著名心理学家、面部神色研究的先驱保罗·艾克曼的说法，所有面部神色都可以与气忿、厌恶、恐惧、喜悦、悲痛和惊讶这6种基本情绪联系起来，Eva的神色设计也以这6种为主。

每一种神色都对应着面部肌肉的特定运动，好比惊讶对应着眉毛向上的运动，喜悦对应着嘴角向上。

Eva的开发者对人类所有面部神色举行分类，确立46个差其余神色动作单元，好比，惊喜可以从AU 1、2、5和26中重现。

▲图：情绪-AU 对应关系，Expressive humanoid robot face

岂论是自主机械人，照样远程操控机械人，他们的面部神色驱动方式基本都与Eva的运作逻辑类似。纵然用伺服电机完成神色驱动。

但自主机械学习的机械人，可能会带来不能展望的行为，而且其仿生相似度很洪水平上取决于机械学习模拟人类的智慧和情绪手艺的成熟度。

为领会决这个问题，于是有了基于人类操作做准确控制的远程操控机械人，实验填补自主学习机械人的不足之处。

大阪大学教授石黑浩和日本动画公司Kokoro配合研发出Geminoid——石浩黑的“复制品”，这台高度仿生气器人可以被电脑远程操控，实现模拟石黑浩的行为和面部及头部动作，Geminoid身上有多个执行器，面部有13个、躯干15个、手臂和腿部22个。

凭证石黑浩的体验，他以为拥有和自己长得一样的克隆体，最主要的用途在于可以让它做自己的兼顾，他曾在报道中提到，机械人是自己身体的延伸。

但从Geminoid相关显示来看，它的神色并不自然，好比它在与事情职员交流时，眼神朴陋、双手僵硬，与真人有较为显著的区分。

岂论是自主学习机械人照样远程操控机械人，即便脸无限迫近人类，但若何在一颦一笑之间依旧保持真切，至今也没有一个*的方案。即便面部神色无限类人，手部、身体不够与人类相似，依旧跨不外“恐怖谷”效应。

结语

人类的寿命有限，可能正因云云，他们对追求另一种让生命可能得以延续的方式十分执着。

制作无限类人的人形机械人，或许能够填补一部门的缺憾，但“知足感”和“遗憾感”似乎是一对遵照能量守恒定律的双生火焰，它们会一直并存，知足一种需求的同时，又会降生另一种遗憾。

人形机械人需要有一张脸，但人类的面部的结构极其庞大，涉及骨骼、肌肉、皮肤、神经和血管等多个条理，其中面部有40多块肌肉，笼罩在肌肉之上的皮肤具有弹性和伸缩性，能追随神色做实时的转变。随着手艺提高，对人脸组织所涉及的物理装备会越来越真切，牵动肌肉的若干个伺服电机也会配合得越来越熟练。

然则，人类面部有一双通往心灵的眼睛，它映射着人生阅历，通过双眼，可以捕捉人所履历的沧桑与喜哀，而这是机械人难以拥有的，即便算法再高级，也很难复制和取代身类的心境。